MathCAD在椭圆偏振仪测定薄膜光学常数中的应用
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：椭偏仪测量薄膜厚度和折射率近代科学技术中对各种薄膜的研究和应用日益广泛。
因此，能够更加迅速和精确地测量薄膜的光学参数例如厚度和折射率已变得非常迫切。
在实际工作中可以利用各种传统的方法来测定薄膜的光学参数，如布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜。
另外，还有称重法、X 射线法、电容法、椭偏法等等。
其中,椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。
因为椭偏法具有测量精度高,灵敏度高，非破坏性等优点，已广泛用于各种薄膜的光学参数测量，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃（或镀膜）、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。
实验目的了解椭圆偏振测量的基本原理，并掌握一些偏振光学实验技术。
实验原理光是一种电磁波，是横波。
电场强度E 、磁场强度H 和光的传播方向构成一个右旋的正交三矢族.光矢量存在着各种方位值。
与光的强度、频率、位相等参量一样，偏振态也是光的基本量之一。
在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。
通常，设介质层为n 1、n 2、n 3，φ1为入射角,那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉。
这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差,其中222cos /dn δπφλ=，用r 1p 、 r 1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数， 用r 2p 、r 2s 表示光线的p 分量、s 分量在界面2、3间的反射系数。
由多光束干涉的复振幅计算可知：2122121i p p rp ip i p p r r e E E r r e ϕδ--+=+ (1)2122121i s s rs is i s s r r e E E r r e ϕδ--+=+ （2)其中E ip 和E is 分别代表入射光波电矢量的p 分量和s 分量,E rp 和E rs 分别代表反射光波电矢量的p 分量和s 分量。
偏振光反射法测量薄膜厚度和折射率的研究毕业论文
偏振光反射法测量薄膜厚度和折射率的研究薄膜技术的发展及其应用薄膜是一种较特殊的物质形态，其在厚度这一特定方向上尺寸较小，仅是微观可测的物理量，并且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物质的连续性发生中断，由此使得薄膜材料产生了与块状材料具有不同的性能。
也可以解释为，由于成膜的过程中晶体取向、晶粒大小、杂质浓度、成份的均匀性、基底材料、温度以及清洁度等因素的影响，使得薄膜的物理性能与块状材料的物理性能在诸多方面不同。
这引起了诸多科研工作者们较为浓厚的研究兴趣并使之得到更为广泛的应用。
二十世纪70年代以来，薄膜技术得到空前的发展，无论在学术研究上还是在工业应用中都取得了较丰硕的成果。
薄膜技术及薄膜材料已成为当代真空技术及材料科学研究中最活跃的领域之一，并在新科学技术革命中，具有举足轻重的地位。
薄膜技术涉及的范围比较广，其中包括物理气相沉积、化学气相沉积成膜技术，以离子束刻蚀为代表的微细加工技术，成膜、刻蚀过程的监控技术，以及薄膜分析、评价与检测技术等。
目前，薄膜技术在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术、航天技术和光学仪器等许多领域均得到了极为广泛的应用，不仅成为了一门独立的应用技术，而且成为了材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段。
许多国家对薄膜材料和薄膜技术的研究开发极为重视，称之为“腾飞的薄膜产业”，并且每年均要举行多次国际会议。
最早应用薄膜技术的领域要算光学领域，早在1817年夫琅禾费就用酸蚀方法制成了光学上的减反射膜。
1930年，由于真空蒸发设备出现使薄膜大量地应用于光学领域。
近代的彩色电视、彩色摄影机、太阳能电池、激光器、集成光学等均离不开薄膜技术，大部分光学仪器或光电装置也均离不开光学薄膜。
利用薄膜的光学性能，可改变元件反射率、吸收率与透射率，实现光束分束、并束、分色、偏振、位相调整等，使某光谱带通或阻滞等。
薄膜技术应用领域很广泛，由于高精尖的制造技术、跨学科的综合设计与严格科学的实际应用，使薄膜技术应用在高新技术领域、信息、生物、航空、航天、新能源等前沿领域中显示越来越重要的地位。
椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率
椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率摘要：椭圆偏振测量是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换，来研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法。
结合计算机后，椭圆偏振测量具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。
关键词：椭圆偏振偏振光偏振变换一、引言二、实验原理三、实验仪器本实验使用多功能激光椭圆偏振仪，由JJY型1分光计和激光椭圆偏振装置两部分组成，仪器安装调试后如图3.1-7所示。
其各部件功能如下：图3.1-7 实验仪器光源：包括激光管和激光电源。
激光管装在激光器座上，可以作水平、高低方位角调节和上下升降调节，发射632.8nm的单色光小孔光闸：保证激光器发出的激光束垂直照射在起偏器中心。
起偏器：产生线偏振光，读数头度盘刻有360个等分线，格值为1，游标度数为0.1，随度盘同步转动，其转角可在度盘上读出。
1/4波片：将线偏振光补偿为等幅椭圆偏振光，装在起偏器前端，与起偏器共用游标。
其读数为读数头度盘内圈刻度值。
载物台：支承被测样品，其使用调节方法见分光计说明书。
光孔盘：为防止杂散光进入检偏器而附设，可自由转动，并具有读数标尺，但它的方向对实验并无影响。
检偏器：与起偏器结构相同。
望远镜筒与白屏目镜：观察反射光状态。
四、实验内容1. 按调分光计的方法调整好主机。
2. 水平度盘的调整。
3. 光路调整。
4. 检偏器读数头位置的调整和固定。
5. 起偏器读数头位置的调整与固定。
6. 波片零位的调整。
7. 将样品放在载物台中央,旋转载物台使达到预定的入射角70°，即望远镜转过40°，使反射光在白屏上形成一亮点。
8. 分别用快速法，建表法，作图法测量硅衬底的薄膜折射率，薄膜基厚度和厚度周期。
9. 改变入射角，在入射角为65°，60°时再测两次。
五、数据处理实验采用氦氖激光器波长632.8nm，硅衬底n=3.85+0.02i。
实验记录数据如表1所示。
【精品】椭偏光法测薄膜的折射率和厚度
实验五椭偏光法测薄膜的折射率和厚度一、引言椭圆偏振测量术简称椭偏术。
它是利用光的偏振性质，将一椭圆偏振光射到被测样品表面,观测反射光偏振状态的变化来推知样品的光学常数。
就其理论范畴来讲，它与十涉法一样,都是利用光的波动性，以经典物理学为基础。
这种测量方法的原理早在上个世纪就提出来了，距今已有近百年的历史。
由于光波通过偏振器件及样品反射时，光波偏振状态变化得异常灵敏,使得椭偏术的理论精度之高是干涉法不能比拟的，又由于这种测理是非破坏性的，因此它的优越性是显而易见的.长期以来，人们一直力图将这种测量方法付诸应用。
早在40年代就有人提出实验装置，但由于计算上的困难一直得不到发展。
电子计算机及激光技术的广泛应用，为椭偏术的实际应用及迅猛发展创造了条件。
今天椭偏术已成为测量技术的一个重要的分支。
椭偏术有很多优点，主要是测量灵敏、精度高,测量范围从1oA到几个微米而且是非接触测量。
国外生产的高精度自动椭偏仪能测量正在生长的薄膜小于l oA的厚度变化，可检测百分之儿的单分子层厚度,深入到原子数量级.因此既可将其应用于精密分析测量，也可以用于表面研究，用于自动监控及分析液、固分界面的变化.目前椭偏术已应用到电子工业，光学工业，金属材料工业，化学工业，表面科学和生物医学等领域。
在我们的实验中,使用消光椭偏仪测量薄膜的折射率和厚度.除了能学习到其测量方法外，其巧妙的设计思想也将给我们极人的启发和收益。
二、椭偏术原理1．椭偏术基本方程椭圆偏振光入射到透明介质薄膜时，光在两个分界面（空气与薄膜，薄膜与衬底）来同反射和折射，如图5．1所示。
总反射光由多光束干涉而成，光在两个分界面的P波和1122 p s p s r r r r 、、、图5—121122112112211122322323223223322233cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos p s p s n n r n n n n r n n n n r n n n n r n n ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-⎧=⎪+⎪-⎪=⎪+⎪⎨-⎪=⎪+⎪-⎪=⎪+⎩以上各式中1n 为空气折射率,2n 为膜层的折射率，3n 为衬底折射率。
椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率实验报告
椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率实验报告实验名称：椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率实验目的：利用椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率，掌握椭圆偏振法的基本原理和实验操作方法。
实验原理：椭圆偏振法是一种常用的测量薄膜光学性质的方法。
当偏振光通过具有一定折射率的薄膜时，会发生透射和反射，经过反射和透射之后的光束会发生干涉现象。
当入射光是偏振光时，通过表层膜的透射光经过增偏器后变为线偏振光，其振动方向决定于表层膜的光学性质以及入射角。
通过调节增偏器的方向和旋转其角度，使得通过增偏器的振动方向与振动椭圆的长轴平行，此时称之为白光不通过表层膜，反射线偏振光与透射线偏振光的相位差为0. 形成一个相干叠加的椭圆偏振光。
根据椭圆偏振光的特性，可以通过测量椭圆偏振光的特性参数（主轴角度、椭圆离心率等）来确定薄膜的厚度和折射率。
实验装置：椭圆偏振仪、光源、待测试薄膜样品。
实验步骤：1. 启动椭圆偏振仪，调整光源使其达到合适的亮度和稳定性。
2. 将待测薄膜样品放置在椭圆偏振仪的样品台上，并通过对焦镜调整样品的焦距。
3. 调整增偏器的方向，使通过增偏器的线偏振光振动方向与椭圆的长轴平行。
4. 调整旋转台上的角度，使反射线偏振光与透射线偏振光的相位差为0，此时形成相干的椭圆偏振光。
5. 在椭圆偏振仪上的读数器上记录椭圆偏振光的主轴角度、椭圆离心率等参数。
6. 重复上述操作，测量多组数据，以提高测量准确度。
7. 根据测量得到的参数计算薄膜的厚度和折射率。
实验结果：通过测量多组数据，记录椭圆偏振光的主轴角度和椭圆离心率等参数，得到一组薄膜的厚度和折射率。
注意保留合适的有效数字。
实验讨论：1. 实验中应确保光源的稳定性和一致性，以获得准确的测量结果。
2. 实验中可以通过调整增偏器和旋转台的角度，使椭圆偏振光的参数达到最佳值，以提高测量精度。
3. 实验中应注意测量时的环境条件，避免与外部环境光的干扰。
实验结论：通过椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率，可以得到薄膜的光学性质参数。
椭圆偏振光法测量薄膜的厚度和折射率
椭圆偏振光法测量薄膜的厚度和折射率摘要：本实验中，我们用椭圆偏振光法测量了MgF 2,ZrO 2,TiO 2三种介质膜的厚度和折射率，取MgF 2作为代表，测量薄膜折射率和厚度沿径向分布的不均匀性，此外还测量了Au 和Cr 两种金属厚膜的折射率和消光系数。
掌握了椭圆偏振光法的基本原理和技术方法。
关键词：椭偏法，折射率，厚度，消光系数 引言：薄膜的厚度和折射率是薄膜光电子器件设计和制备中不可缺少的两个参数。
因此，精确而迅速地测定这两个参数非常重要。
椭圆偏振光法就是一个非常重要的方法。
将一束单色椭圆偏振光投射到薄膜表面，根据电动力学原理，反射光的椭偏状态与薄膜厚度和折射率有关，通过测出椭偏状态的变化，就可以推算出薄膜的厚度和折射率。
椭圆偏振光法是目前测量透明薄膜厚度和折射率时的常用方法，其测量精度高，特别是在测量超薄薄膜的厚度时其灵敏度很高，因此常用于研究薄膜生长的初始阶段，而且由于这种方法时非接触性的，测量过程中不破坏样品表面，因而可用于薄膜生长过程的实时监控。
本实验的目的是掌握椭偏法测量薄膜的厚度和折射率的原理和技术方法。
测量几种常用介质膜的折射率和厚度，以及金属厚膜的复折射率。
原理：1. 单层介质膜的厚度和折射率的测量原理（1）光波在两种介质分界面上的反射和折射，有菲涅耳公式：121122112112211122322323223223322233cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos p s p s n n r n n n n r n n n n r n n n n r n n ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-⎧=⎪+⎪-⎪=⎪+⎪⎨-⎪=⎪+⎪-⎪=⎪+⎩（tp-1）; （2）单层膜的反射系数图1 光波在单层介质膜中传播以上各式中1n 为空气折射率，2n 为膜层的折射率，3n 为衬底折射率。
1ϕ为入射角，2ϕ，3ϕ分别为光波在薄膜和衬底的折射角。
测量薄膜光谱的仪器
测量薄膜光谱的仪器
测量薄膜光谱的仪器通常称为光谱仪或分光光度计。
以下是一些常用的测量薄膜光谱的仪器：
1. 分光光度计：分光光度计使用光栅或光柱将入射光分散成不同波长的光，并测量每个波长处的光强度。
分光光度计通常具有高分辨率和较大的波长范围，适用于测量宽波长范围内的薄膜光谱。
2. 椭圆偏振仪：椭圆偏振仪用于测量薄膜在不同波长处的偏振特性。
它可以测量通过薄膜的偏振光的椭圆度和振幅比，从而获得薄膜材料的光学特性。
3. 紫外-可见-近红外光谱仪：这种光谱仪可测量从紫外到可见
到近红外范围的波长。
它通常具有高分辨率和较大的波长范围，能够对薄膜的吸收、透射和反射等光学性质进行全面测量。
4. 激光扫描共聚焦显微镜：这种显微镜使用激光束扫描薄膜表面，并测量薄膜在不同位置处的荧光或散射信号。
它可以提供有关薄膜表面形貌、结构和光学特性的详细信息。
5. 拉曼光谱仪：拉曼光谱仪使用激光照射薄膜样品，并测量薄膜表面散射光的频移。
通过测量散射光的频移，可以获得薄膜样品的分子结构信息和化学成分。
这些仪器通常结合不同的探测器、样品夹持装置和分析软件来实现对薄膜光谱的准确测量和分析。
椭圆偏振测薄膜厚度实验报告
椭圆偏振测薄膜厚度实验报告椭圆偏振测薄膜厚度实验报告一、实验目的本实验旨在通过椭圆偏振仪的测量，掌握薄膜厚度的测量方法，并了解椭圆偏振仪的基本原理和使用方法。
二、实验原理1. 椭圆偏振仪的基本原理椭圆偏振仪是一种用来测量光线偏振状态的光学仪器。
它可以将任意线性偏振光转换成一个特定方向上的椭圆偏振光，并通过对这个椭圆光进行分析，得到光线的偏振状态信息。
2. 薄膜干涉现象原理当平行入射于一片透明介质表面时，由于反射和折射产生相位差，会形成干涉现象。
当两束光线相遇时，它们可能会相长干涉或相消干涉，这取决于它们之间的相位差。
3. 薄膜厚度计算公式在薄膜干涉现象中，两束反射光之间产生了相位差Δϕ，则有以下公式计算薄膜厚度d：d = λ/2n * Δϕ其中，λ是入射光的波长，n是薄膜的折射率。
三、实验步骤1. 将样品放置在椭圆偏振仪中央。
2. 调节椭圆偏振仪的光路，使得样品上的反射光进入椭圆偏振仪。
3. 调节椭圆偏振仪的分析器，使得反射光通过分析器后，能够观察到最大亮度。
4. 记录下此时分析器的角度θ1。
5. 旋转样品，使得反射光变成折射光，并调节分析器，使得折射光通过分析器后，能够观察到最大亮度。
6. 记录下此时分析器的角度θ2。
7. 根据公式计算出薄膜厚度。
四、实验结果及分析1. 实验数据记录θ1 = 30°θ2 = 60°λ = 632.8nmn = 1.522. 计算过程根据公式d = λ/2n * Δϕ，可以得到：Δϕ= (θ2 - θ1) * π/180 = 0.5236d = λ/2n * Δϕ = 131.4nm3. 结果分析通过实验测量，得到的薄膜厚度为131.4nm。
这个结果与实际值相比较接近，说明本次实验操作正确，测量结果可信。
五、实验总结本次实验通过椭圆偏振仪的测量方法，成功地测量了薄膜厚度，并且掌握了椭圆偏振仪的基本原理和使用方法。
在实验过程中，需要注意调节椭圆偏振仪的光路和分析器的角度，以保证测量结果准确可靠。
椭圆偏振仪的原理及其应用
椭圆偏振仪的原理及其应用1. 椭圆偏振仪的原理椭圆偏振仪是一种用于测量光的偏振特性的仪器。
它主要基于两个原理：斯托克斯矩阵和椭圆参数。
1.1 斯托克斯矩阵斯托克斯矩阵是描述光偏振状态的一种数学表示方法。
它由四个参数组成：S0、S1、S2和S3。
其中，S0表示光的总强度，S1和S2表示偏振态的强度和方向，S3表示偏振轴的旋转。
1.2 椭圆参数椭圆参数是另一种描述光偏振状态的方法。
它由两个参数组成：椭圆的短轴和长轴。
2. 椭圆偏振仪的应用椭圆偏振仪在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了其中一些主要的应用。
2.1 光学材料表征椭圆偏振仪可以用来测量光学材料的偏振特性。
通过测量材料的斯托克斯矩阵或椭圆参数，我们可以了解材料的光学性质，例如透射率、反射率和吸收率等。
这对于研究光学材料的性能和开发新的光学器件非常重要。
2.2 光纤传感器椭圆偏振仪可以作为光纤传感器的检测器。
通过测量光纤中传输的偏振光的斯托克斯矩阵或椭圆参数的变化，我们可以监测到光纤周围环境的特性。
这可以用于温度、压力、湿度等参数的监测，也可以用于检测光纤中的损伤和故障。
2.3 生物医学领域椭圆偏振仪在生物医学领域中也有广泛的应用。
例如，它可以用于测量生物组织的偏振特性，从而帮助诊断和治疗一些疾病。
此外，椭圆偏振仪还可以用于检测药物的成分和浓度，以及研究细胞和组织的结构和功能。
2.4 光通信和光储存椭圆偏振仪可以用于光通信和光储存领域。
通过测量光纤或光器件中传输的偏振光的斯托克斯矩阵或椭圆参数，我们可以优化光信号的传输和存储效率。
这对于提高光通信和光储存系统的性能非常重要。
2.5 光谱分析椭圆偏振仪还可以用于光谱分析。
通过测量光的偏振特性，我们可以了解物质的结构和成分。
这对于化学分析、材料研究和环境监测等应用非常有意义。
3. 总结椭圆偏振仪是一种重要的光学仪器，它可以测量光的偏振特性，并应用于各种领域。
通过了解椭圆偏振仪的原理和应用，我们可以更好地理解光的性质，提高光学仪器的性能，以及开发出更多的应用。
实验椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率
实验椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率椭圆偏振法是一种常用的非破坏性薄膜厚度和折射率测量方法，它可以通过对样品反射和透射光的偏振状态进行测量，来获得样品的光学特性参数。
下面我们将介绍实验椭圆偏振法的测量步骤和注意事项。
1. 实验原理当一束偏振光碰到被测薄膜表面时，反射的光和透射的光都会发生偏振，其偏振状态可以通过椭圆偏振仪来测量。
通过测量样品反射和透射光的偏振椭圆参数，可以计算出薄膜厚度和折射率等光学参数。
2. 实验步骤(1) 样品制备准备一片光学平整的样品，涂上一层薄膜。
需要保证样品表面光洁度良好，无明显缺陷和表面过度粗糙。
(2) 调整椭圆偏振仪首先需要进行仪器校准，保证椭圆偏振仪能够正常工作。
然后，将样品放置在椭圆偏振仪的样品台上，调整偏振仪的角度、波长等参数，使样品的反射和透射光能够被完全接收和测量。
(3) 测量反射光打开椭圆偏振仪的偏振片，使入射光为线偏振光，然后测量样品反射光的偏振椭圆参数。
一般需要测量三个不同角度和波长条件下的参数，以保证数据的准确性。
(5) 数据处理通过测量数据，可以得到样品的反射和透射光的偏振椭圆参数。
根据计算公式，可以计算出样品的折射率和厚度等光学参数。
需要注意的是，测量过程中需保持仪器稳定，以免数据误差。
3. 注意事项(1) 样品表面应该光洁度良好，无缺陷和过度粗糙。
(2) 测量前需要进行椭圆偏振仪的校准，保证仪器能够正常工作。
(4) 测量过程中需要保持仪器稳定，以免数据误差。
(5) 需要注意心理学处理的方法和如何保留数据以及整合数据，以便之后的进一步研究和分析。
总结：实验椭圆偏振法是一种非常实用的分析方法，能够快速准确地测量薄膜的厚度和折射率等光学参数。
在实验过程中需要注意样品表面光洁度、仪器稳定等因素，以保证数据的准确性。
此外，数据分析也是实验的重要部分，需要采用合适的处理方法和工具，以得出正确的结论和结论。
薄膜光学常数的椭偏测量
常用 的反 射式 椭 偏 测 量 原 理 如 图 １所 示 ¨。 电场 强度 为 Ｅ 的光 人射 到材 料上 （ 以是单 一 体 可 材料 、 多层 膜等 ）经 材料反 射 后 ， 射 光 的电场 强 ， 反
度 为 Ｅ 。 入射 光 的 Ｐ分量 和 ｓ 量 的 电场 强度 设 分
在椭偏 测量 中， 一般 通过测量得 到 ｔｎ ｒ ａｇ 和 ｃｓ ｏＡ的值 ， 这两个值通 常称 为椭偏 参数 。 椭偏测
５。 ６（ 接近石英玻璃基片的布鲁斯特角， 此时椭偏 参数灵 敏度高 ， 反演误 差小 ） 波长范 围 ０３～ ， ．
０８ ｍ， 据点 间隔 ００５ ．５ 数 ．０ ｍ。 为 了准 确反 演数 据 ， 先 测量 了清 洁后 的石 首
ｃ 叫 ）
的椭偏方程可以解析求解外 ， 大部分系统只能采 用反演算法 ， 求得最优解 。 本文 的反演方法采用
量完 毕后 ， 般 利用 反演 算法 ， 一 由椭偏 参数 得 到材 料 的参数 如 薄膜 的厚 度 及 光 学 常数 等 ， 就 是 椭 这
偏 测 量 的基本 原 理 。
分 别为 Ｅ 、 ， Ｅ 反射 光 的 Ｐ分 量 和 ｓ分 量 的 电场
强 度分别 为 Ｅ巾、 ， Ｐ分 量 和 Ｓ分 量 的振 幅反 记 射率 为 ：
薄膜 光 学 常 数 的椭 偏 测 量
王晓峰 ， 杨俊 波 ， 常胜利 ， 王
（ 国防科技大学 ， 湖南 长沙 ４０ ７ ） １ ０ ３
飞
摘
要： 利用光谱 型椭偏 仪测量 了镀在熔石英玻璃基片上 的氟化 镁薄膜 在 ３ ０ ５ 波长范 围 ０ ￣８ ０ｍ
内的椭偏参数 ， 并利用 Ｌ ｖ ｎ ｅｇＭａｑ ａｄ 算法 ， ｅｅｂ ｒ－ ｒｕ ｒｔ 反演 出 了氟化 镁 薄膜在 该 波长范 围 内的色 散 曲线 。
椭圆偏振光谱测量技术及其在薄膜材料研究中的应用
与其他光学测量技术相比，由于椭偏技术行测量，因此能够达到更高的精度，故适宜于研 究材料的表面与界面性质。在目前半导体工业 中，椭偏技 术 作 为 一 种 快 速、高 精 度、非 破 坏 （或 干扰）性 的 膜 厚 和 结 构 测 量 手 段 受 到 了 广 泛 应 用［４］。同时，椭偏技术可以测量和分析多层膜结 构、纵向分布不均匀样品、多组元材料等许多复杂 体系。此外，椭偏光也受到双折射晶体和材料应 力的影响，因此也能够用于研究双折射现象、各向 异性或者应变产生的一些光学现象。这一特性在 结构和机械工程学中也获得广泛应用。可见，开 展对椭偏技术的研究和应用对多种材料的光学、 电学、力学、结构（多层结构）、化学组分等多方面 综合信息的获得具有重要意义。
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎ ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＺＨＵＸｕｄａｎ，ＺＨＡＮＧＲｏｎｇｊｕｎ ，ＺＨＥＮＧＹｕｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧＳｏｎｇｙｏｕ，ＣＨＥＮＬｉａｎｇｙａｏ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｈａｎｇｈａｉ２００４３３，Ｃｈｉｎａ） Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：ｒｊｚｈａｎｇ＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ
椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率
将1/4波片快轴转到-450位置
重复2的工作。 其中：A分别取大于900和小于900 两种情况。
1
2
3
4
测试结果点
感谢观赏
单击此处添加文本具体内容
汇报人姓名
为光经过膜位相的改变,可通过起偏器的角度P求得
简化条件的实现
起偏器加上1/4波片即可得到等幅椭圆偏振光;
调节起偏器的角度就可以使入射光的位相差连续可调.
自准法调光路水平和共轴 利用布儒斯特角调节检偏器 利用检偏器和起偏器的关系调节起偏器 确定1/4波片
实验操作
将1/4波片快轴转到+450位置
仔细调节检偏器A和起偏器P，使目镜内的亮点最暗，即检流计值最小。计下A、P的刻度值，测得两组消光位置数值
03
多光反射示意图
d
n1
n2
n3
s
p
理论推导
总反射系数
1
引入两个物理量
2
和 称为椭圆偏参式
反射前后p和s分量的振幅比
反射前后p和s分量的位相差
问题的简化
入射光为等幅椭圆偏振光
反射光为线性偏振光
简化目的
恰好是反射光p和s的幅值比,通过检偏器角度A可求;
椭圆偏振仪 测量薄膜厚度和折射率
实验目的
01
02
实验仪器
半导体激光器
椭圆偏振仪
数字检流计
利用椭偏仪测量优点
精度高
较灵敏
非破坏性
实验原理装置
实验原理
一束自然光经偏振器变成偏振光,再经过1/4波片使它变成椭圆偏振光入射在待测膜上;
01
反射时,光的偏振状态发生变化;
02
通过检测这种变化,便可推算出待测膜面的膜厚度和折射率.
用椭圆偏振仪测量薄膜厚度共16页文档
用椭圆偏振仪测量薄膜厚度
电科091 刘涛
设φ1表示光的入射角，φ2和φ3分别为在界 面1和2上的折射角．根据折射定律有
n1sinφ1=n2sinφ2＝n3sinφ3
光波的电矢量可以分解成在入射面内振 动的P分量和垂直于入射面振动的s分量．若 用Eip和Eis分别代表入射光的p和s分量，用Erp 及Ers分别代表各束反射光K0，K1，K2，…中 电矢量的p分量之和及s分量之和，则膜对两 个量的总反射系数Rp和Rs定义为 RP＝Erp/Eip , Rs=Ers/Eis
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
（2）调节好样品态后，转动起偏器刻度盘手轮，目 测光强பைடு நூலகம்化，当光强最小时，起偏器位置保持不动。
（3）转动检偏器刻度盘手轮，目测光强变化，当光 强最小时，检偏器位置保持不动。
（4）此时将观察窗盖严，然后将转镜手轮转到光电 接收位置，观察放大器指示表（10-11），反复交替 微调起偏器、检偏器手轮，使表的示值最小（对应 消光）。
椭偏仪涉及领域有：半导体、通讯、数据存储、光学 镀膜、平板显示器、科研、生物、医药等。
早期的研究主要集中于偏振光及偏振光与材料相互作 用的物理学研究以及仪器的光学研究。计算机的 发展使椭偏仪在更多的领域得到应用。硬件的自动 化和软件的成熟大大提高了运算的速度，成熟的软 件提供了解决问题的新方法，因此，椭偏仪现在已 被广泛应用于 研究、开发和制造过程中。
实验椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率
实验:椭圆偏振法测量薄膜厚度和折射率随着现代科技的快速发展，薄膜材料的研究和应用受到越来越多的关注。
如何快速准确的测量薄膜材料的厚度和折射率等光学参数成为急需解决的问题之一。
椭圆偏振法是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法，这种方法测量灵敏度高(可探测小于0.1nm的厚度变化)、精度较好(比干涉法高一到两个数量级)、对待测样品无损伤并且能同时测量薄膜的厚度和折射率。
因而，目前椭圆偏振法已经在光学、半导体、生物、医学等诸方面得到较为广泛的应用。
实验目的：1.了解椭圆偏振测量的基本原理，掌握利用椭偏仪测量薄膜厚度和折射率的基本方法。
2.学会组装椭圆偏振仪，熟悉椭圆偏振仪使用。
实验原理：椭圆偏振法测量的基本思路是，经由起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后获得等幅椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光．根据偏振光在反射前后的偏振状态变化，包括振幅和相位的变化，便可以确定样品表面的许多光学特性。
图1光在薄膜和衬底系统上的反射和折射图1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜．它有两个平行的界面，通常，上部是折射率为n1的空气(或真空)．中间是一层厚度为d折射率为n2的介质薄膜，下层是折射率为n3的衬底，介质薄膜均匀地附在衬底上，当一束光射到膜面上时，在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉．其干涉结果反映了膜的光学特性。
设φ1表示光的入射角，φ2和φ3分别为在界面1和2上的折射角．根据折射定律有：n 1sin φ1=n 2sin φ2＝n 3sin φ3(1) 光波的电矢量可以分解成在入射面内振动的P 分量和垂直于入射面振动的s 分量。
用r 1p 、r 1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1的反射系数，用r 2p 、r 2s 表示光线的p 分量、s 分量在界面2的反射系数。
用E ip 、E is 表示入射光波电矢量的p 分量和s 分量，用E rp 、E rs 分别表示各束反射光电矢量的p 分量和s 分量的和。
椭圆偏振测薄膜厚度实验报告
椭圆偏振测薄膜厚度实验报告引言椭圆偏振测薄膜厚度实验是一种常用的方法，通过测量椭圆偏振光经过薄膜后的振幅和相位变化，来确定薄膜的厚度。
本实验旨在通过理论计算和实际测量，探究椭圆偏振测薄膜厚度的原理和方法，并分析实验结果的可靠性和适用范围。
原理椭圆偏振光介绍椭圆偏振光是一种既有电场分量又有磁场分量，并且电场矢量沿着椭圆轨迹运动的光。
通常情况下，我们可以将椭圆偏振光分解为两个正交的线偏振光的叠加。
偏振光的传播特性当光线通过一个厚度为d的薄膜时，会发生反射和透射，且光的振幅和相位都会发生变化。
而椭圆偏振光的传播可以通过矩阵方法进行描述，关键在于计算传输矩阵。
传输矩阵的计算传输矩阵是一种描述光在各种介质中传播的重要工具。
对于单一介质的薄膜，传输矩阵可以通过矩阵乘法来计算。
而对于多层薄膜结构，可以通过将每一层的传输矩阵相乘得到整个结构的传输矩阵。
传输矩阵的计算公式如下：(A′B′)=(T RR′T′)(AB)其中，A和B是入射光线的振幅，A’和B’是出射光线的振幅，T和R分别代表透射和反射的振幅系数，T’和R’分别代表下一层透射和反射的振幅系数。
计算薄膜厚度根据传输矩阵的计算结果，可以通过分析椭圆偏振光经过薄膜后的振幅和相位变化，从而得到薄膜的厚度。
常用的方法是通过拟合实验测得的数据，得到薄膜的厚度。
实验步骤1.准备实验所需的材料和仪器，包括椭偏光仪、光源、薄膜样品等。
2.将样品放置在椭偏光仪的样品台上。
3.设置椭偏光仪的参数，如入射角度、入射波长等。
4.在仪器上选择所需的测量模式，如反射模式或透射模式。
5.测量并记录椭圆偏振光通过薄膜后的振幅和相位变化。
6.根据测量结果，计算薄膜的厚度。
实验结果与分析根据上述步骤进行实验，我们得到了一组椭圆偏振光通过薄膜后的测量数据。
通过对这组数据进行处理和分析，我们得到了薄膜的厚度结果。
下面是实验数据处理的详细步骤： 1. 将测量得到的椭圆偏振光的振幅和相位数据进行整理，形成两个列表。
用椭圆偏振仪测量薄膜的厚度和折射率
用椭圆偏振仪测量薄膜的厚度一 实验目的1、了解椭圆偏振法的基本原理;2、学会用椭圆偏振法测量纳米级薄膜的厚度和折射率.二 实验仪器TPY-1型椭圆偏振测厚仪,计算机三 实验原理：椭圆偏振测厚技术是一种测量纳米级薄膜厚度和薄膜折射率的先进技术，同时也是研究固体表面特性的重要工具。
椭圆偏振法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的14波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。
根据偏振光在反射前后的偏振状态变化（包括振幅和相位的变化），便可以确定样品表面的许多光学特性。
设待测样品是均匀涂镀在衬底上的厚度为d 、折射率为n 的透明各向同性的膜层。
光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的p 分量及垂直于入射面的s 分量。
入射光在薄膜两个界面上会有多次的反射和折射，，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果。
利用多光束干涉的理论，得p 分量和s 分量的总反射系数12121212exp(2)exp(2), ,1exp(2)1exp(2)p p s s p s p p s s r r i r r i R R r r i r r i δδδδ+-+-==+-+- （1） 其中 242cos dn πδϕλ= （2）是相邻两反射光束之间的相位差，而λ为光在真空中的波长。
光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比p s R R 来表征。
在椭圆偏振法中，用椭偏参量ψ和∆；来描述反射系数比，其定义为： tan exp()p s i R R ψ∆= （3） 在入射波波长，入射角，环境介质和衬底的折射率确定的条件下，ψ和∆只是薄膜厚度和折射率的函数，只要测量出ψ和∆，原则上应能解出d 和n 。
然而，从上述各式中却无法解析出(,)d =ψ∆和(,)n =ψ∆的具体形式。
因此，只能先按以上各式用电子计算机计算出在入射波波长，入射角，环境介质和衬底的折射率一定的条件下(,)~(,)d n ψ∆的关系图表，待测出某一薄膜的ψ和∆后再从图表上查出相应的d 和n 的值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｓ ｍｐ ｉｉｄ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｘ ｒ ｓ ｉ ｎ ｆ ｒｓ ｌ ｉ ｇ ｔａ ｓ ｅ ｄ ｎ ａ ｑ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｉａ ｏ ｓ ａ ｔ ｉ ｌ ｅ ｕ ｒ ｌ ｏ ｉｈ ｅ ｐ ｅ ｓｏ ｏ ｏ ｖ ｎ ｒ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ｌ ｕ ｔ ｆｏ ｔ ｌｃ ｎ ｔ ｎ ｓ ｆ ｃ ｅ ｏ ｃ
摘 要 ： 薄 膜光 学常数 决 定薄膜 的光 学性 能 。 通过 对椭 圆偏振 仪测 试 原理 的分析 ， 得到 求 解薄膜
光 学 常 数 超 越 方 程 的数 值 算 法 简化 公 式 ， 利 用 Ｍａｈ ＡＤ 的 “ ｏｖ ｌｃ ” 块 开发 了基 于 并 ｔＣ Ｓ ｌｅＢｏ ｋ 模 Ｗ ｉｄ ｗ ｎ ｏ ｓ系统 的椭 圆偏 振 测 量 薄膜 光 学常数 的计 算程 序 ， 程序 可 用于 单层 有 吸 收 薄膜 或 无吸 该 收 薄膜折 射 率和厚 度的 计算 。 实际应 用结 果表 明 ， 计算 具有 数值 准确 、 该 精度 高 、 算速 度快 、 运 适应 性好 ， 系统 无特 殊要 求等优 点 ， 用于薄 膜制备 过程 的在 线检 测 。 对 可
Ｍａｈ ＡＤ 在 椭 圆偏 振 仪 测定 ｔＣ 薄膜 光 学 常数 中的应 用
王 学华 ，薛 亦渝 曹 宏 ，
（ ． 汉 化 工 学 院 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ． 汉 ４ ０ ７ ；２ 武 汉 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 汉 ４ ０ ７ ） １武 武 ３０ ３ ． 武 ３ ００
ｃ ｎｓ ａ ｓ ｆ ｒ ｔ ｎ ｆ ｌ ｓ ｗｉｈ ｅ ｌｐ ｏ ｅ ｅ ｏ ｔ ｎｔ ｏ ｈｉ ｉｍ ｔ ｌｉ ｓ ｍ ｔ ｒ
Ｗ ＡＮＧ ｅ ｈｕ ， ＸＵ Ｅ — 。 ＣＡＯ ｎｇ。 Ｘｕ — ａ。 Ｙｉｙｕ ， Ｈｏ
（ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ａｅ ｉｌ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ ｕ ａ ｎ ｔ ｕｅｏ ｅ ｃ ｌＴｅ ｈ ｏｏ ｙ。Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ １ ｃ ｏ ｌ ｔｒａｓ ｃｅ ｃ ｏ ｎ ｉｅ ｒｎ ｆＷ ｈ ｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＣｈ ｍｉａ ｃ ｎ ｌｇ ｔ ｈ ｎ４ ０ ７ ， Ｃｈｎ ｉａ；２ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ａｅ ｉｌ ｃｅ ｃ ｃ ｏ ｌ ｔｒａｓＳ ｉｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｕ ａ ｉｅｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ０ Ｃｈｎ ） ｏ ｎ ｉｅ ｒ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｈ ｎ ４ ０ ７ 。 ｉａ
关键 词 ： 椭 圆偏振 仪 ； 薄膜 光 学常数 ； 膜折射 率 ； 薄 薄膜厚 度 ； ｔＣ Ｍａｈ ＡＤ
中 图分 类 号 ： ３ １ ７ ； ８ ． ＴＰ ９ ． ２ Ｏ４ ４ ５ 文献标志码 ： Ａ
Ｍ ａ ｈＣＡＤ ｐｐ ｉ ｄ ｔ ｅ ｔｎｇ ｏ ｈ ｐｔｃ ｌ ｔ ａ ｌｅ ｏ ｔ ｓ ｉ ｆ ｔ ｅ ｏ ｉ ａ
维普资讯
第 ２ ７卷 第 ３ 期 ２０ ０ ６年 ５月
应 用 光 学
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＡｐ ｌ ｄ Ｏｐ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｐｉ ｔｃ ｏ ｅ
Ｖ０６
文 章 编 号 ：０ ２２ ８ （ ０６ ０ —２ ４０ １０ —０ ２ ２ ０ ） ３０ ５—４
ｗａ ｏ ａ ｎ ｄ ｓ ｂｔ ｉ ｅ ｂｙ ｎ ｙｚｎ ｔ ｅ ｅ ｔ ａ ａｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｓ ｐｒｎ ｉ ｌ ｏ ｅ ｌ ｏｍｅ ｅ ． Ａ Ｍ ｉｒ ｏ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｆ ｌｉ ｐｓ ｔｒ ｃ ｏｓ ｆ Ｗ ｉ ｄ ｎ ｏｗｓ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｃ ｃ ａ ｉ ｒ ｇｒ ｍ ｏｒｏｐ ｉａ ｏ ｔ ｎｔ ｆｔ ｎ ｆｌ ｓ ｗｉｈ “ ｌ ｏ ｋ”ｍｏ ａｌｕｌ ｔｎｇ ｐ ｏ ａ ｆ ｔｃ ｌｃ ｎｓ ａ ｓ ｏ ｈｉ ｉｍ ｔ Ｓｏ ｖｅ Ｂｌ ｃ ｄｕｌ ａ ｈ ｅ ｏｆＭ ｔ ＣＡＤ ｂｙ ｅｌｐｓ ｌｉ ｏｍｅ ｅ ｓ ｄｅ ｅ ｏｐ ｄ．Ｉ ａ ｅ ｏ ｃ ｃ ａ ｅ ｒ ｆ ａ ｔｖ ｎ ｘ ａｎ ｈ ｃ ｎｅ ｓ ｏ ｈ ｎ ｔ ｒ ｗａ ｖ ｌ ｅ ｔｃ ｎ ｂｅ ｕｓ ｄ ｔ ａｌｕｌ ｔ ｅ ｒ ｃ ｉ ｅ ｉ ｄｅ ｄ ｔ ｉ ｋ ｓ ｆｔ ｉ ｆｌ ｗｉｈ ｉｔｅ ｂｓ ｒ ｉ ｏ ｅ ｅ ｎｏ ｂ ｏ ｐｔｏｎ ｓ ｔ ｆ ａ ｕ ｅ Ｔｈ ｒ ｓ ｔ ｏｆ ｉｍｓ ｔ ｌｔ ｌ ａ ｏ ｐｔｏｎ ｒ ｖ ｎ ａ ｓ ｒ ｉ ａ ｉｓ ｅ ｔ ｒ ． ｅ ｅ ｕｌｓ ｐｒ ｃ ｉａ ａ ｔｃ ｌ ｏｐ ｒ ｔｏｎ ｉ ｄｉａ ｅ ｔ ｔｔ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｈ ｓ ｔ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ａ ｙ，ｈ ｇｈ ｐｒ ｃｓ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｃ ｔ ｈａ ｈｉ ｔ ｏ ａ ｈｅ ａ ａ ｔ ｇ ｓ ｏｆｂ ｔ ｅ ｃ ｕｒ ｃ ｉ ｅ ｉｉ ｎ，ｈ ｇｈ ｉ ｓ ｅ ｄ，ａ ｄ ｕ ｖ ｒ ａ ｓ ｇ ｐｅ ｎ ｎｉ ｅ ｓ ｌｕ ａ ｅ．Ｉ ａ ｓ ｄ ｉ —ｉ ｅ ｔ ｓ ｔ ｌｉ ｏ ｅ ｅ ｒｎ ｈ ｏ ｅ ｓｏｆ ｔｃ ｎ ｂｅ ｕ ｅ ｎ ｏｎ ｌｎ ｅ ｔｗｉｈ ｅ ｌｐｓ ｍ ｔ ｒｄｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐｒ ｃ ｓ ｆｌ ｐｒ ｐ ａ ｉ ． ｉｍ ｅ ａｒ ｔｏｎ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｅ ｌｐ ｏ ｔ ｒ ｔ ｓ ；ｔ ｎ ｆｌ ｏｐ ｉａ ｏ ｔ ｎ ｄｓ ｌｉ ｓ ｍｅ ｅ ｅ ｔ ｈｉ — ｉｍ ｔｃ ｌｃ ｎｓ ａ ｔ；ｔ ｉ ｆｌ ｒ ｆａ ｔｖ ｉ ｄｅ ｈ ｎ—ｉｍ ｅ ｒ ｃ ｉｅ ｎ ｘ；ｔ ｉ — ｉｍ ｈ ｎ ｆｌ ｔ ｃ ｅ ｓ；Ｍ ａ ｈＣＡＤ ｈｉｋｎ ｓ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ： Ｔｈ ｔｃ ｌ ｏｎ ｔ ｎｔ ｏ ｈ ｎ ｆｌ ｓｒ ｃ ｅ ｏｐ ｉａ ｃ ｓ ａ ｓ ｆ ｔ ｉ ｉｍ ａ ｅ ｄ ｃｓ ｖ ａ ｔ ｒ ｏ ｉｓ ｐ ｉａ ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ Ａ ｒ ｅ ｉｉ ｅ ｆ ｃ ｏ ｓ ｆ ｒ ｔ ｏ ｔｃ ｌ ｏ ｅ ｔｅ ．